伴随着温室气体浓度增加，自20世纪90年代以来，北极地区出现剧烈增暖现象（Arctic Amplification ，AA）。研究表明，冬季北极海冰的快速融化对AA有重要作用，它是海冰长期减少趋势、年际和年代际变率的共同结果，其中北极欧亚地区特别是巴伦支-喀拉海（Barents-Kara Seas ，BKS）是冬季北极海冰变率最大的区域。然而，大气因子和海洋因子怎样调控欧亚北极地区海冰变化的时间尺度和空间结构及它们的相对贡献仍不清楚。

近日，中国科学院大气物理研究所罗德海研究员及博士生石佳琪，联合姚遥副研究员、北京师范大学博士后罗彬禾、中国科学院海洋研究所宫婷婷副研究员以及中国科学院大气物理研究所LASG刘屹岷研究员在<<NPJ Climate and Atmospheric Science>>上发表了最新研究成果探究以上问题。石佳琪为第一作者，罗德海研究员为通讯作者。他们发现欧亚北极区域冬季海冰的年际变化主要是由大气过程主导；而年代际变化则主要由海洋过程主导，但大气对海冰年代际变化的贡献在2000年后有显著的加强。

冬季欧亚北极地区海冰的变化主要显示两个主要模态，即单极子型模态和偶极子型模态（图1a-d）。单极子型模态为从格陵兰东（East Greenland ，EG）到BKS海域海冰呈现一致减少或增多的特征，其时间变率为年际尺度（图1a ，c）；偶极子型模态为EG海冰偏多（偏少）而BKS海冰偏少（偏多）的东西偶极子分布特征，表现出年代际尺度的变率（图1b ，d）。年际尺度上，海冰单极子型模态与大气北极偶极子（Arctic Dipole ，AD）和北大西洋三极型海温异常（North Atlantic tripole ，NAT）的年际变率密切相关。其中AD的正位相主要由北大西洋涛动（North Atlantic Oscillation ，NAO）正位相和乌拉尔阻塞高压（Ural blocking ，UB）构成，这会造成大气经向热量和水汽输送在欧亚北极地区增加。同时，由于海温NAT正位相的作用（图2b ，d），通过巴伦支海开口（Barents Sea Opening ，BSO）向BKS地区输送的海洋热量增多也将造成欧亚北极地区海冰的减少（图3第1列）。对于海冰的年代际尺度变化，BKS和EG海冰的偶极型模态主要由BKS和EG间海洋热输送的反相变化所决定，它与大西洋年代际振荡（Atlantic Multidecadal Oscillation ，AMO）（图2a ，c）和年代际尺度北极涛动（Arctic Oscillation ，AO）的负位相有关（图3第2列）。在年代际尺度上，AO的负位相主要由NAO负位相和UB构成。当AMO处于正位相时，通过BSO的海洋热输送偏多，同时从极地高纬度通过EG回流的冷水也偏多，这有利于BKS海冰消融及EG海冰的增加，从而形成海冰的偶极子模态。

最后，本文用多元线性回归来估计海洋和大气输送对欧亚北极地区海冰的年际和年代际变化的相对贡献率。可以发现，1960-2017年大气输送和海洋热输送对海冰年际尺度变率的贡献分别为66%和34%；而年代际尺度上的大气输送和海洋热输送对海冰年代际变率的贡献分别为19%和81%，并在2000-2017年变为48%和52%，这预示着年代际尺度上大气对海冰的贡献在2000年后有加强的趋势。

图1 在1950-2021冬季（DJF）欧亚北极地区海冰密集度（SIC）的EOF模态及主成分时间序列。a-d为冬季平均的SIC的第一(a)和第二(b)模态及其对应的第一(c)和第二(d)主成分，黑线分别为10年高通（低通）滤波的时间序列，它表示海冰的年际（年代际）变化。

图2 在1950-2021冬季北大西洋SST的EOF模态及主成分时间序列。a ，b 为SST的第一和第二模态；c ，d为第一和第二主成分时间序列，黑线表示10年低通、高通滤波后的时间序列，其中10年低通滤波的SST PC1可视为年代际尺度的AMO，而10年高通滤波的SST PC2可看作年际尺度的NAT。

图3 欧亚北极地区海冰年际-年代际变化的示意图。第2行为海冰年际（左）和年代际（右）尺度变化的空间特征。第1、3行分别是与海冰变化相关的大气环流和海洋热输送，其中第1列是海冰年际变化的示意图，第2列是海冰年代际变化的示意图，中间为北大西洋进入北极地区的洋流示意图。图中百分数表示1960-2017年大气过程和海洋过程对海冰年际、年代际变化的贡献率。

该研究得到国家自然科学基金项目（42288101,42150204和41875073）、博士后创新人才支持计划（BX20230045）和中国博士后科学基金（2023M730279）的支持。

论文信息：

Shi, J., Luo, B., Luo, D., Yao, Y., Gong T., Liu Y. Differing roles of North Atlantic oceanic and atmospheric transports in the winter Eurasian Arctic sea-ice interannual-to-decadal variability. npj Clim Atmos Sci 7, 62 (2024). https://doi.org/10.1038/s41612-024-00605-5